[发明专利]UART串口主从通信的时钟频率校准和频率测量方法

说明书

本发明公开了一种UART串口主从通信的时钟频率校准和频率测量方法。通过主机MCU向从机芯片发送脉宽预先设置的复位信号，从机芯片接收复位信号脉宽检测，计算第一频率偏差系数，并根据其调整从机内部RC时钟的频率；在主机MCU和从机芯片正常通讯过程中，从机芯片实时检测从主机MCU接收的每一帧通讯的数据变化情况，检测出时钟频率的第二频率偏差系数，第二频率偏差系数保存，主机MCU根据其对从机芯片检测接收到的测量量进行调整修正。本发明能解决UART串口主从通信间的时钟频率不同步及其测量数据不准确的问题，在不改变串口通讯的帧结构、不用增加额外的帧结构情况下能进行校正频率，提升了串口通讯的效率。

技术领域

本发明涉及电子技术领域的一种时钟频率校准和频率测量方法，具体是涉及了一种具有时钟频率校准和频率测量功能的UART从机芯片和用于UART串口主从通信的时钟频率校准和频率测量方法。

背景技术

UART（串口）、SPI和IIC通讯是最常用的几种MCU与外部设备（外设）间的通讯接口电路。UART串口通讯仅需TX/RX两根信号线，在不需隔离的半双工通讯里，两根信号线可以合并为一根。在隔离通讯领域里，也仅需两个隔离器件，并且协议简单可靠，因此在不需要特别高速通讯的应用领域里获得了大量的应用。

串口通讯包含主机和从机，可以一对一，也可以一对多。主机一般为主机MCU，从机为外部设备，例如ADC芯片、计量芯片、传感器芯片等。

串口通讯要求主机和从机的频率偏差系数在一定范围之内，一般要求是+/-5%之内，更可靠些的要求是+/-3%之内。主机MCU一般会采用具有精确频率的晶体时钟，而从机芯片出于成本考虑，则可能仅使用芯片内部的RC时钟。

从机芯片内的RC时钟离散度偏差可能会超过5%，超过的芯片会导致串口通讯失败，从而影响良率。

发明内容

为解决串口通讯时从机芯片内部RC时钟偏差过大、导致通讯失败的问题，本发明提出一种串口通讯流程和技术实现方式，具体是一种UART串口主从通信的时钟频率校准和频率测量方法。

本发明所采用的技术方案是：

首先，通过主机MCU向从机芯片发送脉宽预先设置的复位信号RX，从机芯片接收复位信号RX，进而通过对复位信号RX中的脉宽检测，计算出自身内部时钟的第一频率偏差系数，然后根据第一频率偏差系数进行第一次调整时钟频率到更小的偏差范围之内，同时将第一频率偏差系数保存；

然后，在主机MCU和从机芯片后续的正常通讯过程中，从机芯片实时检测从主机MCU接收的每一帧通讯的数据变化情况，检测出时钟频率的第二偏差系数，将同时将第二频率偏差系数保存到寄存器里并发送到主机MCU读取，由主机MCU根据第二频率偏差系数对从机芯片检测接收到的测量量进行调整修正。

第二偏差系数保存在寄存器里供主机MCU读取，再由主机MCU进行第二次修正，第二偏差系数不对RC时钟频率做进一步精细化调整，这样解决了RC时钟频率的调节精度有限的问题。

第一次检测能将RC时钟频率实际调节到百分之一精度，第二次检测能提供时钟频率千分之一精度的系数，供MCU读取以便对频率敏感的数据进行系数修正。

所述的方法用于带有晶体时钟的主机MCU和带有RC时钟的从机芯片之间的通讯。

设置复位信号RX包括一个时长为T_RST的’0’低电平（复位电平），从机芯片接收复位信号RX开始，当初始接收到RX信号中的’0’低电平后，用内部RC时钟对’0’低电平进行计数，等到复位信号RX变高成’1’高电平后停止计数，获得实际计数值N_act，进而计算N_act/N_ideal作为第一频率偏差系数，其中N_ideal表示从机芯片内部RC时钟的理想频率F_ideal下的理想计数值。